Arduino termometar sa Nixie cijevima s 14 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

Prije mnogo godina kupio sam hrpu IN-14 Nixie cijevi iz Ukrajine i od tada sam ih ležao. Uvijek sam ih želio koristiti za prilagođeni uređaj pa sam odlučio konačno se uhvatiti u koštac s ovim projektom i izgraditi nešto što koristi ovaj gotovo drevni način prikazivanja znamenki, ali za sada nisam želio izgraditi Nixie cijevni sat (mislio sam da bila je pomalo klišejska stvar i za sada mi je dosta dosadnih projekata hipsterskih satova), pa sam pomislio: Zašto ne bih izgradio termometar za svoju sobu koji se može aktivirati pljeskanjem? Učinio sam da se pljesak aktivira kako ne bi stalno bio uključen, jer sam mislio da je to prilično gubljenje energije, a također nisam želio da osvjetljava sobu, posebno noću.

Nixie cijevi kontrolira Arduino, koji je također odgovoran za očitavanje temperature iz dobro poznatog temperaturnog senzora DHT-11.

Ovo je skraćena kopija iz moje originalne serije objavljene na mojoj web stranici. Pogledajte ga ako vas zanimaju drugi tehnički članci i projekti koje još nisam uredio za Instructables.

Korak 1: Nixie cijevi i visoki napon

Nixie cijevi su cijevi sa hladnom katodom koje su ispunjene specifičnim plinom. Nadalje, sadrže zajedničku anodu (ili katodu) i odvojene katode (ili anode) za svaku znamenku ili znak koji mogu prikazati (vidi sliku 1.1).

U mom slučaju, cijevi imaju zajedničku anodu, a znamenke su zasebne katode. Za razliku od drugih cijevi iz tog vremena (tranzistori, diode, …) Nixie cijevi obično ne moraju biti zagrijane za ispravan rad (otuda i naziv: cijev sa hladnom katodom).

Jedino što im je potrebno je prilično visok napon, tipično između 150 i 180 V DC. Ovo je obično glavni problem pri rukovanju s ovim uređajima za prikaz jer to znači da će vam trebati prilagođeno napajanje ili pojačano kolo i kontroleri koji mogu uključivati i isključivati katode bez korištenja previše GPIO linija.

Korak 2: Povećavajući pretvarač 12V do 170V DC

Počnimo s nekim stvaranjem potrebnog napona kako bi cijevi zasjale. Srećom, tipičnoj Nixie cijevi je potreban visoki napon, ali vrlo niska struja, što znači da je vrlo jednostavno i jeftino izgraditi takav pretvarač.

Budite oprezni pri korištenju ovog kruga i visokih napona općenito. Oni nisu igračka i dobivanje zapaljenja jako boli u najboljem slučaju i može vas ubiti u najgorem slučaju! Uvijek isključite napajanje prije promjene/servisiranja strujnog kruga i provjerite koristite li odgovarajuće kućište kako ga nitko ne bi slučajno dodirnuo dok je u upotrebi!

Koristio sam dobro poznato MC34063 integrirano kolo za pojačani pretvarač. Ovaj mali IC kombinira sve što vam je potrebno za bilo koju vrstu sklopnog pretvarača. Međutim, umjesto da koristim ugrađeni tranzistor IC-a, odlučio sam se za vanjski tranzistor, što je pomoglo da se IC ohladi i omogućilo mi veće izvlačenje struje na izlazu. Nadalje, budući da je bilo iznenađujuće teško pronaći prave vrijednosti za sve ove komponente kako bi se dobio izlaz od 170 V, odustao sam nakon nekoliko dana proračuna i ispitivanja (Najviši koji sam dobio od 12 V bio je 100 V) i odlučio da ne izmišljam ponovno točak. Umjesto toga, kupio sam komplet od eBay -a, koji prilično slijedi shemu iz ove tablice s nekoliko izmjena (vidi sliku 2.1. Dodao sam i opise slici).

Korak 3: Upravljanje cijevima pomoću Arduina

Dakle, kao što ste ranije vidjeli, cijevi za uključivanje zahtijevaju visoki napon. "Pa kako možete uključiti i isključiti cijevi pomoću mikrokontrolera, poput Arduina?", Mogli biste se upitati.

Postoji nekoliko alternativnih puteva kojima možete postići ovaj cilj. Na primjer, namjenski upravljački programi za cijevi Nixie. Još uvijek možete nabaviti nove stare zalihe i polovne IC -ove, ali ih je teško pronaći i mogu biti skupi i ne očekujem da će ih biti lakše pronaći u budućnosti, jer se oni više ne proizvode.

Tako da neću koristiti takav Nixie pokretač cijevi. Umjesto toga, koristit ću tranzistore i binarne do decimalne dekodere, tako da ne moram koristiti 10 GPIO linija po nixie cijevi. S ovim dekoderima trebat će mi 4 GPIO linije po cijevi i jedna linija za odabir između dvije cijevi.

Osim toga, da ne moram stalno prebacivati između cijevi s visokom frekvencijom, upotrijebit ću japanke (kojima će za resetiranje trebati jedna dodatna linija GPIO) da zadržim zadnji ulaz koliko god je potrebno (Pogledajte sliku 3.1, kliknite ovdje za potpuni upravljački krug u visokoj rezoluciji).

Korak 4: Razmatranja o dizajnu

Prilikom projektiranja ovog sklopa pronašao sam dekodere s ugrađenim R/S-japankama, koji se još uvijek proizvode (na primjer CD4514BM96). No, nažalost, nisam ih mogao dobiti brzo jer je rok isporuke bio dvije sedmice i nisam želio čekati toliko. Dakle, ako vam je cilj napraviti malu PCB (ili želite imati mali broj različitih IC-ova), onda biste definitivno trebali ići s takvim čipom, umjesto da koristite vanjske japanke.

Postoje i obrnute varijante ovih dekodera. Na primjer, CD4514BM965 je obrnuta varijanta gore spomenute IC, gdje će odabrani broj biti nizak umjesto visokog, što nije ono što želimo u ovom slučaju. Zato obratite pažnju na ovaj detalj prilikom naručivanja dijelova. (Ne brinite: Potpuna lista dijelova bit će uključena kasnije u ovo uputstvo!)

Za svoj niz možete koristiti bilo koju vrstu tranzistora, sve dok ocjene odgovaraju naponu i struji vaših cijevi. Dostupne su i tranzistorske matrice, ali opet nisam uspio pronaći bilo koje ocijenjene iznad 100V ili koje su bile brzo dostupne.

Korak 5: Niz tranzistora

U koraku 3 nisam prikazao niz tranzistora kako bi grafika bila jednostavna i lako razumljiva. Slika 5.1 detaljno prikazuje niz tranzistora koji nedostaje.

Kao što vidite, svaki digitalni izlaz dekodera povezan je s bazom npn-tranzistora preko otpornika za ograničavanje struje. To je sve, zaista jednostavno.

Samo pazite da tranzistori koje koristite mogu izdržati napon od 170 V i struju od 25 mA. Da biste shvatili koja bi trebala biti vaša vrijednost osnovnog otpornika, upotrijebite kalkulator povezan na kraju ovog uputstva pod "Dodatna očitanja".

Korak 6: Očitavanje temperature

Možda ste već čuli za kombinirani senzor temperature i vlažnosti DHT-11 (ili DHT-22) (vidi sliku 6.1). Jedina razlika između ovog senzora i DHT-22 je točnost i raspon mjerenja. 22 ima veći raspon i bolju točnost, ali za mjerenje sobne temperature DHT-11 je više nego dovoljan i jeftiniji, iako može dati samo cjelobrojne rezultate.

Senzor zahtijeva tri veze: VCC, GND i jednu liniju za serijsku komunikaciju. Jednostavno ga spojite na izvor napona i povežite jednu žicu za komunikaciju s GPIO pinom Arduina. Tehnički list predlaže dodavanje otpornika za povlačenje između com-linije i VCC-a, tako da je komunikacijska linija u visokom stanju, kada se ne koristi (vidi sliku 6.2).

Srećom, već postoji biblioteka za DHT-11 (i hrpa dobro dokumentiranih biblioteka za DHT-22), koja će upravljati komunikacijom između Arduina i temperaturnog senzora. Dakle, testna aplikacija za ovaj dio je prilično kratka:

Korak 7: Dovršite Arduino skicu

Dakle, nakon očitavanja senzora, posljednji korak je bio uzeti podatke sa senzora i prikazati temperaturu pomoću Nixie cijevi.

Da biste uključili određeni broj na cijevi, morate prenijeti 4-bitni kod u dekoder, koji će uključiti ispravan tranzistor. Nadalje, morate poslati i jedan bit koji označava koju od dvije cijevi trenutno želite postaviti.

Odlučio sam dodati R/S-zasun točno ispred svakog ulaza dekodera. Za vas koji ne znate kako funkcionira jedna od ovih zasuna, evo kratkog objašnjenja:

U osnovi vam omogućuje pohranu jednog bita informacija. Zasun se može postaviti i resetovati (otuda i naziv R/S-Latch, poznat i kao S/R-Latch ili R/S-Flip-Flop). Aktiviranjem SET ulaza zasuna izlaz Q se postavlja na 1. Aktiviranjem RESET ulaza Q postaje 0. Ako oba ulaza nisu aktivna, zadržava se prethodno stanje Q. Ako se oba ulaza aktiviraju istovremeno, imate problem jer je zasun premješten u nestabilno stanje, što u osnovi znači da će njegovo ponašanje biti nepredvidivo, pa izbjegavajte ovo stanje po svaku cijenu.

Dakle, da biste prikazali broj 5 na prvoj (lijevo) i broj 7 na drugoj Nixie cijevi, morate:

• RESETUJTE sve zasune
• Aktivirajte lijevu cijev (pošaljite 0 preko EN-linije)
• Postavite ulaze dekodera (D, C, B i A): 0101
• Postavite D, C, B i A na 0, tako da se zadrži zadnje stanje (To nije potrebno učiniti ako obje cijevi trebaju prikazati isti broj)
• Aktivirajte desnu cijev
• Postavite ulaze dekodera (D, C, B i A): 0111
• Postavite D, C, B i A na 0, tako da se zadrži zadnje stanje

Da biste isključili cijevi, možete poslati nevažeću vrijednost (poput 10 ili 15). Dekoder će tada isključiti sve izlaze i stoga niti jedan od dostupnih tranzistora neće biti aktiviran i struja neće teći kroz Nixie cijev.

Cijeli firmver možete preuzeti ovdje

Korak 8: Nanošenje PCB -a

Htio sam kombinirati sve (osim pojačanog kruga) na jednoj PCB-i, za koju mislim da je ispala prilično dobro (vidi sliku (8.1).

Moj glavni cilj bio je zadržati veličinu PCB-a što je moguće manjom, ali ipak osigurati određeni prostor gdje bi se mogla montirati na kućište. Također sam želio koristiti SMD-komponente kako bih poboljšao tehniku lemljenja, a one bi također pomogle održavanju PCB-a tankim kako prilagođeno kućište ne mora biti veliko i glomazno (vidi sliku 8.2).

Zbog upotrebe SMD komponenti, većina povezivanja je morala biti izvedena na strani komponenti. Pokušao sam koristiti što je moguće manje vija. Donji sloj zaista ima samo GND, VCC i +170V vodove i neke veze koje je trebalo napraviti između različitih pinova iste IC. To je i razlog zašto sam koristio dva DIP-16 IC-a umjesto njihovih SMD varijanti.

Datoteke za dizajn PCB -a i EAGLE sheme možete preuzeti ovdje.

Budući da se radi o malom dizajnu s vrlo malim tolerancijama i tragovima, bilo je važno pronaći dobrog proizvođača za PCB -ove kako bi ispali lijepi i radili ispravno.

Odlučio sam ih naručiti na PCBWay -u i ne mogu biti zadovoljniji proizvodom koji su mi poslali (vidi sliku 8.3).

Možete dobiti trenutnu ponudu za svoje prototipove na mreži bez potrebe za registracijom. Ako se odlučite naručiti: Imaju i ovaj zgodan mrežni pretvarač koji će pretvoriti EAGLE datoteke u ispravan gerber format. Iako i EAGLE ima pretvarač, jako mi se sviđaju mrežni pretvarači proizvođača, jer na ovaj način možete biti 100% sigurni da neće biti problema s kompatibilnošću s gerber verzijom.

Korak 9: Rješavanje problema

Prilikom prvog testiranja svježe lemljenog PCB -a, ništa nije uspjelo. Epruvete neće prikazati ništa (dekoderi su dosegli vrijednost> 9) ili će slučajni brojevi ostati stalno uključeni ili će treptati uključeno i isključeno, što je izgledalo lijepo, ali je u ovom slučaju bilo nepoželjno.

U početku sam krivio softver. Pa sam smislio ovaj Nixie tester za Arduino (vidi sliku 9.1).

Ova skripta vam omogućava da unesete broj GPIO pina (0-8) kojem želite promijeniti stanje. Zatim traži državu. Prilikom unosa pina 9, zasuni se resetiraju.

Tako sam nastavio s testiranjem i napravio tablicu istine sa svim mogućim ulazima za A, B, C i D. Primijetio sam da se brojevi 4, 5, 6 i 7 ne mogu prikazati ni s jednom od dvije cijevi. Osim toga, različito bi reagirali na istu kombinaciju ulaza.

Shvatio sam da mora postojati i problem s elektrikom. Nisam mogao pronaći nikakve tehničke probleme u dizajnu, ali onda sam razmišljao o nečemu što sam davno naučio (ali od tada nikada nisam imao problema): Fluks može biti provodljiv. To možda nije problem za uobičajene digitalne i niskonaponske aplikacije, ali čini se da je to ovdje bio problem. Očistio sam ploču alkoholom i nakon toga se ponašao kako treba.

Vrsta. Još jedna stvar koju sam primijetio: Dio koji sam koristio u EAGLE -u pri kreiranju rasporeda PCB -a nije bio ispravan (barem za moje cijevi). Čini se da moje cijevi imaju drugačiji pinout.

Samo neke stvari koje treba imati na umu kada vaš krug ne radi odmah.

Korak 10: Prilagođena futrola

Nakon što je sve ostalo riješeno, htio sam izgraditi lijepu kutiju u koju ću smjestiti svoje kolo. Srećom, ostalo mi je mnogo drva od projekta satova riječi, koje sam htio upotrijebiti za izgradnju mreže iznutra (vidi sliku 10.1).

Napravio sam kućište koristeći sljedeća mjerenja:

Quantity	Mjere [mm]	Opis
6	40 x 125 x 5	Donja, gornja, prednja i zadnja strana
2	40 x 70 x 5	Mali bočni dijelovi
2	10 x 70 x 10	Unutrašnji dijelovi konstrukcije (vidi sliku 8).
2	10 x 70 x 5	Konstrukcijski dijelovi na poklopcu (vidi sliku 11).

Nakon što sam izrezao komade, položio sam ih zajedno kako bih stvorio kutiju prikazanu na sl. 10.2.

Slika 10.3 prikazuje kućište iz drugog ugla.

Gornji dio kućišta potpuno je isti kao i donji, samo bez zidova i sa manje visokim strukturnim dijelovima (vidi sliku 10.4). Djeluje kao poklopac i može se skinuti radi servisiranja komponenti iznutra. PCB će se montirati na poklopac s dvije cijevi koje strše iz kućišta.

Nakon što sam bila zadovoljna kako se sve uklapa, jednostavno sam zalijepila sve dijelove i ostavila da se osuši nekoliko sati.

Možda se pitate kako sam pričvrstio tiskanu ploču na poklopac ako na vrhu nisu vidljivi vijci. Jednostavno sam izbušio rupu za vijak u konstrukcijskom dijelu poklopca, a zatim napravio upuštanje za ulazak glave vijka (vidi sliku 10.5).

Korak 11: Završite izgradnju

Nakon što je glavna štampana ploča montirana na poklopac, sve ostale komponente jednostavno su morale biti postavljene u kućište, što se može vidjeti na sl. 11.1.

Kao što vidite, pokušao sam organizirati kablove što sam bolje mogao i mislim da je ispalo prilično dobro. Sve se lijepo uklapa u kućište, kao što vidite na sl. 11.2.

U kućište sam dodao i DC-Jack (i pomalo poludio od vrućeg ljepila). Ali na ovaj način moguće je napajati termometar bilo kojim generičkim punjačem za telefon i odgovarajućim kablom. Međutim, ako želite, možete dodati i bateriju od 5V.

Korak 12: Dijelovi korišteni u ovoj verziji

Za elektroniku:

Quantity	Proizvod	Cijena	Detalji
1	DHT-11	4, 19€	Kupljeno u skupoj radnji. Možete ih nabaviti za manje od 1 USD iz Kine.
2	CD4028BM	0, 81€	Dekoder
2	74HCT00D	0, 48€	NAND
1	74HCT04D	0, 29€	Inverter
1	Pinheader	0, 21€	2x5 pinova
1	Screw-terminal	0, 35€	2 priključka
20	SMBTA42	0, 06€	npn-tranzistor
20	SMD-otpornik	0, 10€	120K
2	74LS279N	1, 39€	R/S-japanke
1	PCB	4, 80€	Naručite ovdje
2	IN-14 Nixies	2, 00€
1	Povećavajući pretvarač	6, 79€

Trebat će vam i neka vrsta mikrokontrolera. Koristio sam Arduino Pro Micro.

Za slučaj:

Quantity	Proizvod	Cijena	Detalji
N / A.	Drvo	~2€	Vidi gore
4	M3x16 vijci	0, 05€
4	M3 orasi	0, 07€
1 boca	Ljepilo za drvo	1, 29€
1 limenka	Drvena boja	5, 79€

Korak 13: Zaključak

Zaista sam zadovoljan ishodom ove izgradnje. Jednom sam uspio precizno rezati drvene komade, a nisam zaboravio ni na rupe za montažu za PCB. I zapravo izgleda veličanstveno (vidi sliku 13.1).

Osim toga, bilo je zanimljivo raditi s cijevima i visokim naponima općenito, a pri tome morate uzeti u obzir nekoliko stvari.

Zaključno, rekao bih da je dobro što danas imamo prikladnije načine prikazivanja brojeva, ali s druge strane nema ničeg usporedivog sa sjajem i ukupnim izgledom nixie cijevi, što zaista volim gledati, posebno, kada je mrak (vidi sliku 13.2).

Nadam se da vam se svidjelo ovo uputstvo. Ako jeste, svakako pogledajte moju web stranicu za još zanimljivih članaka i projekata!

Korak 14: Atribucije, izvori i daljnja čitanja

Dodatna čitanjaMC34063 Detalji o aplikaciji - ti.comMC4x063 Tehnički list - ti.com IC upravljački program cijevi za Nixie - tubehobby.comDHT -11 Arduino biblioteka - arduino.ccA Tranzistor kao prekidač - petervis.comTeorija otpornika, formule i mrežni kalkulator - petervis.com

Izvori slika [Sl. 1.1] IN-14 Nixie cijevi, coldwarcreations.com [Sl. 2.1] Pojačano kolo, samostalno nacrtano, ali preuzeto sa ebay.com [Sl. 6.1] DHT-11 senzor temperature-tinytronics.nl